KR101029948B1 - A system and method for controlling plasma with an adjustable coupling to ground circuit - Google Patents
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Abstract
플라즈마를 제어하는 시스템 및 방법이 기재되어 있다. 이 플라즈마 제어 시스템은, 전력공급 전극, 또다른 전극, 및 접지에 대하여 조정가능한 커플링 회로를 포함한 반도체 챔버를 포함한다. 전력공급 전극은 웨이퍼 또는 기판을 수용하도록 구성된다. 전력공급 전극과 전기적 커넥션을 이루도록 구성된 적어도 하나의 접지 전극이 존재한다. 접지 전극 중 적어도 하나는 접지에 대하여 조정가능한 커플링 회로에 전기적으로 연결된다. 접지에 대하여 조정가능한 커플링 회로는 접지 전극의 임피던스를 변경하도록 구성된다. 플라즈마의 이온 에너지는 접지에 대하여 조정가능한 커플링 회로에 의해 제어된다.Systems and methods for controlling plasma are described. The plasma control system includes a semiconductor chamber including a powered electrode, another electrode, and a coupling circuit that is adjustable relative to ground. The powered electrode is configured to receive a wafer or substrate. There is at least one ground electrode configured to make an electrical connection with the powered electrode. At least one of the ground electrodes is electrically connected to a coupling circuit that is adjustable relative to ground. The coupling circuit adjustable relative to ground is configured to change the impedance of the ground electrode. The ion energy of the plasma is controlled by a coupling circuit that is adjustable relative to ground.
플라즈마 제어, 이온 에너지, 플라즈마 밀도, 한정 링, 플라즈마 처리 챔버Plasma control, ion energy, plasma density, confinement ring, plasma processing chamber
Description
본 발명은 반도체 제조에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 반도체 제조 중의 플라즈마 처리에 관한 것이다.The present invention relates to semiconductor manufacturing. More specifically, the present invention relates to plasma processing during semiconductor manufacturing.
반도체 기반 디바이스 (예를 들어, 집적 회로 또는 평면 패널 디스플레이) 의 제조에 있어서, 재료의 층은 교대로 웨이퍼 또는 기판 표면 (예를 들어, 반도체 웨이퍼 또는 글래스 패널) 상에 퇴적되고, 이들로부터 에칭될 수도 있다. 본 발명이 속하는 기술분야에 잘 알려진 바와 같이, 플라즈마 강화 에칭 (plasma-enhanced etching) 을 포함하여, 각종 기술에 의해 퇴적층(들)의 에칭이 달성될 수도 있다. 플라즈마 강화 에칭에 있어서, 실제 웨이퍼 또는 기판의 에칭은 플라즈마 처리 챔버 내부에서 일어난다. 에칭 프로세스 중에, 마스크에 의해 보호되지 않는 웨이퍼 또는 기판의 영역을 에칭하여 원하는 패턴을 남기기 위해서 적합한 에천트 소스 가스로부터 플라즈마가 형성된다.In the fabrication of semiconductor-based devices (eg, integrated circuits or flat panel displays), layers of material are alternately deposited on wafer or substrate surfaces (eg, semiconductor wafers or glass panels) to be etched from them. It may be. As is well known in the art, etching of the deposited layer (s) may be accomplished by various techniques, including plasma-enhanced etching. In plasma enhanced etching, the actual wafer or substrate etching occurs inside the plasma processing chamber. During the etching process, plasma is formed from a suitable etchant source gas to etch a region of the wafer or substrate that is not protected by the mask to leave a desired pattern.
플라즈마 강화 에칭에 채택되는 2 가지 타입의 플라즈마, 즉 한정 플라즈마 (confined plasma) 및 비한정 플라즈마 (unconfined plasma) 가 존재한다. 비한정 플라즈마는 플라즈마 처리 챔버 벽에 접촉하고, 이 챔버 벽으로부터의 원자를 웨이퍼 또는 기판 상에 재퇴적시킴으로써 웨이퍼 또는 기판을 오염시킬 수도 있다. 통상적으로, 플라즈마 처리 챔버 벽은, 웨이퍼 또는 기판에 대해 친화성이 없는 (incompatible) 재료로 이루어진다. 한정 플라즈마에 있어서, 몇몇 수단에 의해 플라즈마가 챔버 벽에 도달하는 것이 중단되기 때문에 오염이 거의 없거나 전혀 없다. 따라서, 한정 플라즈마는, 잘 알려진 비한정 플라즈마에 의해 제공되지 않는 청정도 레벨을 제공한다.There are two types of plasmas employed for plasma enhanced etching, namely confined plasmas and unconfined plasmas. Unqualified plasma may contact the plasma processing chamber wall and contaminate the wafer or substrate by re-depositing atoms from the chamber wall onto the wafer or substrate. Typically, the plasma processing chamber wall is made of a material that is incompatible with the wafer or substrate. In a confined plasma, there is little or no contamination since the plasma stops reaching the chamber walls by some means. Thus, the confined plasma provides a level of cleanliness that is not provided by the well-known non-limiting plasma.
종래 기술의 시스템에 있어서, 사실상 전계 또는 자계 중 어느 하나와 같은 각종 반발계 (repulsive field) 를 확립함으로써, 플라즈마가 챔버 벽에 도달하는 것이 방지될 수 있다. 예시로서, 플라즈마는, 한정 링의 내부 한계에 도달할 수 있기 직전에 플라즈마로부터의 전하 배출에 의해 또한 챔버 벽 내에 존재하는 복수의 한정 링에 의해 한정된다. 한정 링이 절연 재료로 이루어지기 때문에, 이들은 플라즈마의 전위와 유사한 전위로 하전된다. 그 결과, 플라즈마가 챔버 벽을 향하여 더 이상 외부로 나오는 것을 억제하는 각 한정 링의 리딩 에지 (leading edge) 로부터 반발 전계가 생겨난다.In prior art systems, plasma can be prevented from reaching the chamber wall by establishing various repulsive fields, such as virtually either an electric field or a magnetic field. By way of example, the plasma is defined by a plurality of confinement rings that are also present in the chamber wall by discharge of charge from the plasma just before the inner limit of the confinement ring can be reached. Since the confinement rings are made of insulating material, they are charged to a potential similar to that of the plasma. As a result, a repulsive electric field arises from the leading edge of each confinement ring which prevents the plasma from further exiting out towards the chamber wall.
도 1 을 참조하면, 용량 결합형 RF 플라즈마를 발생시키는 처리 챔버를 갖는 예시적인 종래 기술의 시스템 (100) 이 도시되어 있다. 비제한적인 예시로서, 이 예시적인 시스템은 램 리써치 코포레이션에 의해 제조된 EXELAN 시스템이다. 이 예시적인 시스템 (100) 은 반응기 (100) 와 같은 평행판 플라즈마 반응기를 포함한다. 반응기 (100) 는, 이 반응기의 일 벽의 배출구에 연결된 진공 펌프 (104) 에 의해 원하는 진공 압력으로 유지되는 내부 (102) 를 갖는 챔버를 포함한다. 가스 공급기 (106) 로부터 가스를 공급하여 플라즈마 반응기로 에칭 가스가 공급될 수 있다. 예를 들어, RF 소스 (108) 로부터의 RF 에너지가 정합 네트워크 (110) 를 통해 전력공급 전극 (powered electrode ; 112) 으로 공급되는 이중 주파수 구성에 의해 반응기에서 중간 밀도 플라즈마가 발생될 수 있다. RF 소스 (108) 는 27 MHz 및 2 MHz 에서 RF 전력을 공급하도록 구성된다. 전극 (114) 은 접지 전극이다. 웨이퍼 또는 기판 (116) 은 전력공급 전극 (112) 에 의해 지지되고, 에칭 가스를 플라즈마 상태로 에너자이징 (energizing) 함으로써 발생된 플라즈마로 에칭된다. 복수의 한정 링 (120a 및 120b) 은 플라즈마를 한정한다. 또한, 공동 소유된 미국특허 제 6,090,304 호 에 기재된 이중 주파수 플라즈마 에칭 반응기와 같이, RF 전력이 양 전극에 공급되는 반응기와 같은 다른 유도 결합형 반응기가 사용될 수 있는데, 그 개시내용은 본 명세서에 참조로서 포함되어 있다.Referring to FIG. 1, an exemplary
도 2 를 참조하면, 플라즈마 처리 챔버 (100) 의 내부 (102) 의 단면도가 도시되어 있다. 내부 (102) 는 한정 링 (120a 및 120b) 을 포함한다. 2 개의 한정 링만이 도시되어 있지만, 임의의 개수의 한정 링이 제공될 수도 있다. 플라즈마 처리 챔버 (100) 의 내부 (102) 에, 웨이퍼 또는 기판 (124) 을 수용하기에 적합한 전력공급 전극 (122) 이 도시되어 있다. 전력공급 전극 (122) 은, 임의의 적합한 척킹 시스템 (예를 들어, 정전, 기계, 클램핑, 진공 등) 으로 구현될 수 있고, 석영 포커스 링과 같은 절연체 링 (126) 에 의해 포위된다. 에칭 중에, RF 전원 (128) 은 약 2 MHz 내지 약 27 MHz 의 주파수를 갖는 RF 전력을 전력공급 전극 (122) 으로 전달할 수 있다. 웨이퍼 또는 기판 (124) 위에, 한정 링 (120a 및 120b) 에 연결되는 접지 전극 (130) 이 배치되어 있다. 또다른 접지 전극 (132) 은 절연체 링 (126) 에 접하고, 전력공급 전극 (122) 에 근접하여 위치된다. 동작에 있어서, RF 전원 (128) 은, 접지 전극 (130) 에 전기적으로 연결되는 전력공급 전극 (122) 으로 RF 전력을 전달한다.Referring to FIG. 2, a cross-sectional view of the
발명의 개요Summary of the Invention
본 발명은, 플라즈마를 발생시키도록 구성된 챔버 내의 이온 에너지 및 플라즈마 밀도를 제어하는 시스템 및 방법을 제공한다. 예시적인 실시형태에 있어서, 플라즈마는 유도 결합형 방전으로 발생된다. 반도체 챔버는, 전력공급 전극, 전원, 복수의 접지 전극, 및 접지에 대하여 조정가능한 커플링 회로를 포함한다. 전력공급 전극은 웨이퍼 또는 기판을 수용하도록 구성된다. 전원은 전력공급 전극에 동작가능하게 연결된다. 복수의 접지 전극은, 전력공급 전극과 전기적 커넥션을 이루도록 구성된다. 접지 전극 중 적어도 하나는 접지에 대하여 조정가능한 커플링 회로에 전기적으로 연결된다. 접지에 대하여 조정가능한 커플링 회로는 접지 전극의 임피던스를 변경하도록 구성된다. 이온 에너지는 접지에 대하여 조정가능한 커플링 회로에 의해 제어된다. 플라즈마 밀도는 전원에 의해 제어된다.The present invention provides a system and method for controlling plasma density and ion energy in a chamber configured to generate a plasma. In an exemplary embodiment, the plasma is generated with an inductively coupled discharge. The semiconductor chamber includes a power supply electrode, a power supply, a plurality of ground electrodes, and a coupling circuit that is adjustable relative to ground. The powered electrode is configured to receive a wafer or substrate. The power source is operably connected to the powered electrode. The plurality of ground electrodes are configured to make an electrical connection with the power supply electrode. At least one of the ground electrodes is electrically connected to a coupling circuit that is adjustable relative to ground. The coupling circuit adjustable relative to ground is configured to change the impedance of the ground electrode. Ion energy is controlled by a coupling circuit that is adjustable relative to ground. The plasma density is controlled by the power source.
접지에 대하여 조정가능한 커플링 회로는 커패시터 또는 인덕터 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함한다. 일 실시형태에 있어서, 커패시터는 가변 커패시터이다. 또다른 실시형태에 있어서, 커패시터는 고정 커패시턴스를 가질 수 있다. 또한, 고정 커패시터 및 가변 커패시터와 인덕터의 조합이 채택될 수 있다. 또다른 실시형태에 있어서, 가변 인덕턴스를 갖는 인덕터와 같은 인덕터가 커패시터 대신에 사용된다. 또다른 실시형태에 있어서, 접지에 대하여 조정가능한 커플링 회로로서 커패시터와 인덕터의 조합이 사용된다.Coupling circuits adjustable relative to ground include either capacitors or inductors, or a combination thereof. In one embodiment, the capacitor is a variable capacitor. In yet another embodiment, the capacitor can have a fixed capacitance. In addition, a combination of a fixed capacitor and a variable capacitor and an inductor can be adopted. In another embodiment, an inductor, such as an inductor with variable inductance, is used instead of a capacitor. In yet another embodiment, a combination of capacitor and inductor is used as the coupling circuit that is adjustable relative to ground.
동작에 있어서, 예시적인 챔버는, 복수의 한정 링으로 한정되는 한정 플라즈마를 발생시키도록 구성된다. 예시적인 실시형태에 있어서, 접지에 대하여 조정가능한 커플링 회로에 전기적으로 연결된 제 1 접지 전극이 존재한다. 접지에 대하여 조정가능한 커플링 회로는 제 1 접지 전극에 제 1 임피던스를 제공한다. 제 1 접지 전극에 대한 제 1 임피던스는, 접지에 대하여 조정가능한 커플링 회로에 사용되는 커패시터 또는 인덕터에 종속한다. 제 2 접지 전극 및 제 3 접지 전극은 접지에 직접적으로 연결된다. 예시적인 실시형태에 있어서, 제 1 접지 전극에 대한 제 1 임피던스는, 다른 전극과 연관된 임피던스보다 크다. 접지 전극의 임피던스에서의 이들 변화의 결과, 플라즈마에 대한 이온 에너지가 제어될 수 있다. 예시적인 실시예에 있어서, 보다 높은 임피던스를 갖는 제 1 접지 전극은 이온 에너지를 제 1 접지 전극으로부터 떨어져 다른 접지 전극으로 시프트시킨다.In operation, the exemplary chamber is configured to generate a confined plasma that is confined to a plurality of confinement rings. In an exemplary embodiment, there is a first ground electrode electrically connected to a coupling circuit that is adjustable relative to ground. A coupling circuit that is adjustable relative to ground provides a first impedance to the first ground electrode. The first impedance for the first ground electrode depends on the capacitor or inductor used in the coupling circuit that is adjustable relative to ground. The second ground electrode and the third ground electrode are directly connected to ground. In an exemplary embodiment, the first impedance for the first ground electrode is greater than the impedance associated with the other electrode. As a result of these changes in the impedance of the ground electrode, the ion energy for the plasma can be controlled. In an exemplary embodiment, the first ground electrode with a higher impedance shifts ion energy away from the first ground electrode to another ground electrode.
부가적으로, 플라즈마 처리 챔버에서 플라즈마를 제어하는 방법이 제공된다. 이 플라즈마 제어 방법은, 플라즈마 처리 챔버에서 가스를 수용하는 제 1 단계를 포함한다. 전력공급 전극은 웨이퍼 또는 기판을 수용하도록 구성되고, 전원으로부터 전력을 수신한다. 전력공급 전극을 제 1 접지 전극 및 제 2 접지 전극에 전기적으로 연결시킴으로써 플라즈마가 발생된다. 접지 전극의 임피던스가 이온 에너지를 제어하는데 이용된다. 전원이 플라즈마 밀도를 제어하는데 사용된다.In addition, a method of controlling a plasma in a plasma processing chamber is provided. This plasma control method includes a first step of receiving a gas in a plasma processing chamber. The powered electrode is configured to receive a wafer or substrate and receives power from a power source. Plasma is generated by electrically connecting the powered electrode to the first ground electrode and the second ground electrode. The impedance of the ground electrode is used to control the ion energy. The power source is used to control the plasma density.
도면의 간단한 설명Brief description of the drawings
본 발명의 바람직한 실시형태는 첨부 도면에 도시되어 있다.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the accompanying drawings.
도 1 은 용량 결합형 플라즈마를 발생시키는 처리 챔버를 갖는 종래 기술의 시스템을 도시한 도면이다.1 illustrates a prior art system having a processing chamber for generating a capacitively coupled plasma.
도 2 는 도 1 에 도시된 플라즈마 처리 챔버의 내부의 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view of the interior of the plasma processing chamber shown in FIG. 1.
도 3 은 접지에 대하여 조정가능한 커플링 회로를 갖는 플라즈마 처리 챔버의 제 1 실시형태의 단면도이다.3 is a cross sectional view of a first embodiment of a plasma processing chamber having an adjustable coupling circuit with respect to ground;
도 4 는 접지에 대하여 조정가능한 커플링 회로를 갖는 플라즈마 처리 챔버의 제 2 실시형태의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of a second embodiment of a plasma processing chamber having a coupling circuit that is adjustable relative to ground.
도 5 는 접지에 대하여 조정가능한 커플링 회로를 갖는 플라즈마 처리 챔버의 제 3 실시형태의 단면도이다.5 is a cross-sectional view of a third embodiment of a plasma processing chamber having a coupling circuit that is adjustable relative to ground.
도 6 은 접지에 대하여 조정가능한 커플링 회로를 갖는 플라즈마 처리 챔버의 제 4 실시형태의 단면도이다.6 is a cross-sectional view of a fourth embodiment of a plasma processing chamber having a coupling circuit that is adjustable relative to ground.
도 7 은 접지에 대하여 조정가능한 커플링 회로를 갖는 플라즈마 처리 챔버의 제 5 실시형태의 단면도이다.7 is a cross-sectional view of a fifth embodiment of a plasma processing chamber having a coupling circuit that is adjustable relative to ground.
도 8 은 처리 챔버에서 플라즈마를 제어하는 방법에 대한 흐름도이다. 8 is a flow chart for a method of controlling a plasma in a processing chamber.
상세한 설명details
다음의 상세한 설명에 있어서, 본원의 일부를 형성하는 첨부 도면에 대한 참조가 이루어진다. 이들 도면은, 본 발명이 실시될 수도 있는 특정 실시형태를 예시로서 나타낸다. 다른 실시형태가 이용될 수도 있고, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 구조적 변경이 이루어질 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.In the following detailed description, reference is made to the accompanying drawings that form a part hereof. These drawings show, by way of illustration, specific embodiments in which the invention may be practiced. It is to be understood that other embodiments may be utilized and structural changes may be made without departing from the scope of the present invention.
도 3 을 참조하면, 접지에 대하여 조정가능한 커플링 회로를 갖는 플라즈마 처리 챔버의 제 1 실시형태가 도시되어 있다. 도 3 은 용량 결합형 방전을 발생시키도록 구성된 처리 챔버 (200) 의 단면도이다. 또한, 플라즈마 처리 챔버 (200) 는 시스템으로도 언급된다. 동작에 있어서, 플라즈마 처리 챔버 (200) 는, 플라즈마로 변환되는 가스를 수용하도록 구성된다. 비제한적인 예시로서, 비교적 높은 가스 유량이 플라즈마 처리 챔버로 펌핑된다.Referring to FIG. 3, there is shown a first embodiment of a plasma processing chamber having a coupling circuit that is adjustable relative to ground. 3 is a cross-sectional view of a
플라즈마 처리 챔버 (200) 는 전력공급 전극 (202), 전원 (204), 및 접지에 대하여 조정가능한 커플링 회로 (208) 를 갖는 제 1 접지 전극 (206) 을 포함한다. 전력공급 전극 (202) 은 웨이퍼 또는 기판을 수용하기에 적합하다. 전력공급 전극 (202) 은, RF 전력을 발생시키도록 구성된 전원 (204) 에 동작가능하게 연결된다. 비제한적인 예시로서, 제 1 접지 전극은 전력공급 전극 (202) 의 면적보다 작은 면적을 갖는다. 부가적으로, 비제한적인 예시로서, 전원 (204) 은 RF 전원이다.The
석영 포커스 링 (210) 은 전력공급 전극 (202) 을 포위한다. 부가적으로, 제 2 접지 전극 링 (212) 은 제 1 접지 전극 (206) 을 포위한다. 제 2 접지 전극 링 (212) 은 접지에 전기적으로 연결되고, 접지에 대하여 조정가능한 커플링 회로를 갖지 않는다. 제 3 접지 전극 (214) 은 석영 포커스 링 (210) 아래에 배치된다. 또한, 제 3 접지 전극 (214) 은 접지에 대하여 조정가능한 커플링 회로를 포함하지 않는다.
플라즈마 처리 챔버 (200) 는 한정 플라즈마를 발생시키도록 구성된다. 한정 링 (216a 및 216b) 은 플라즈마를 한정하도록 구성된다. 통상적으로, 플라즈마 처리 챔버 벽은 웨이퍼 또는 기판에 대해 친화성이 없는 재료로 이루어진다. 한정 플라즈마는, 처리 챔버 벽으로부터의 오염을 거의 제공하지 않거나 전혀 제공하지 않는다. 한정 플라즈마가 잘 알려진 비한정 플라즈마에 의해 제공되지 않는 청정도 레벨을 제공한다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 인식되어야 한다.The
접지에 대하여 조정가능한 커플링 회로 (208) 는 제 1 접지 전극 (206) 에 전기적으로 연결된다. 접지에 대하여 조정가능한 커플링 회로 (208) 는 제 1 접지 전극 (206) 의 임피던스를 변경하도록 구성된다. 한정 플라즈마의 플라즈마 밀도 및 이온 에너지는 접지에 대하여 조정가능한 커플링 회로 (208) 에 의해 제어된다. 접지에 대하여 조정가능한 커플링 회로 (208) 는 커패시터 (218) 를 포함한다. 커패시터 (218) 는, 통상적으로 1000 pF 미만인 고정 커패시턴스를 갖는다. 그러나, 커패시터 (218) 가 가변 커패시터일 수도 있다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 인식되어야 한다.A
접지에 대하여 조정가능한 커플링 회로 (208) 의 커패시터 (218) 및 저항기 (220) 는, 제 2 접지 전극 (212) 및 제 3 접지 전극 (214) 의 임피던스와 상이한 제 1 임피던스를 발생시킨다. 접지 전극의 임피던스에서의 이들 변화의 결과, 플라즈마에 대한 플라즈마 밀도 및 이온 에너지가 제어될 수 있다. 제 1 실시형태에 있어서, 접지에 대하여 조정가능한 커플링 회로 (208) 를 갖는 제 1 접지 전극 (206) 은, 제 2 접지 전극 (212) 및 제 3 접지 전극 (214) 모두보다 높은 임피던스를 갖는다. 제 1 접지 전극으로부터의 보다 높은 임피던스는, 이온 에너지 및 플라즈마 밀도가 보다 낮은 임피던스를 갖는 접지 전극으로 시프트되도록 제 1 접지 전극으로부터 떨어져 이온 에너지 및 플라즈마 밀도를 시프트시킨다.
종래 기술에 있어서, 플라즈마 밀도 및 이온 에너지의 독립적인 제어를 위해 이중 주파수 RF 전원 (예를 들어, 27 MHz 및 2 MHz) 이 사용된다. 여기서, 플라즈마 처리 챔버 (200) 는 하나의 RF 소스로 이온 에너지 및 플라즈마 밀도의 독립적인 제어를 허용한다. 접지 전극과 협력하여, 접지에 대하여 조정가능한 커플링 회로 (208) 는 하나의 RF 소스로 이온 에너지의 독립적인 제어를 허용한다. 플라즈마 밀도는 주로 전원 (204) 에 의해 공급된 전체 전력으로 제어된다.In the prior art, dual frequency RF power supplies (eg, 27 MHz and 2 MHz) are used for independent control of plasma density and ion energy. Here, the
이온 에너지 및 플라즈마 밀도를 제어하는 능력을 확인하는데 예시적인 수학 모델이 이용되었다. 도 1 및 도 2 에서의 종래 기술의 플라즈마 처리 챔버를 참조하면, 1200 V (피크 대 피크) 및 27 MHz RF 전력이 하부의 전력공급 전극 (122) 에 인가되고, 그 결과적인 DC 바이어스는 대략 302 V 이고, 플라즈마 전극 전압은 -858 V 이다. 도 3 을 참조하면, 예시적인 접지에 대하여 조정가능한 커플링 회로는, 2 pF 의 커패시턴스를 갖는 커패시터 (218), 및 3 μΩ 의 저항을 갖는 저항기 (220) 를 포함한다. 플라즈마 처리 챔버 (200) 에 있어서, 1100 V 및 27 MHz RF 전력이 전력공급 전극 (202) 에 인가되어, 플라즈마 처리 챔버 (100) 에 의해 발생된 플라즈마와 유사한 플라즈마 분포 및 플라즈마 밀도를 달성한다. 부가적으로, 제 1 접지 전극의 임피던스에서의 변화로 인해, DC 바이어스는 단지 -200 V 이고, 플라즈마 전극 전압은 659 V 이다. 이 예시적인 실시예는, 플라즈마 처리 챔버 (200) 내의 플라즈마 밀도 및 이온 에너지가, RF 전력을 변경함으로써 또한 접지에 대하여 조정가능한 커플링 회로로 제어될 수 있다는 것을 명백하게 나타낸다.Exemplary mathematical models were used to confirm the ability to control ion energy and plasma density. Referring to the prior art plasma processing chamber in FIGS. 1 and 2, 1200 V (peak to peak) and 27 MHz RF power are applied to the underlying
도 4 를 참조하면, 이온 에너지 및 플라즈마 밀도를 제어하도록 구성된 또다른 처리 챔버 (250) 가 도시되어 있다. 전력공급 전극 (252) 은 전원 (254) 에 동작가능하게 연결된다. 석영 포커스 링 (256) 은 전력공급 전극 (252) 을 포위한다. 플라즈마가 처리 챔버 (250) 내에 형성되고, 한정 링 (258) 에 의해 한정된다. 제 1 접지 전극 (260) 은 전력공급 전극 (252) 보다 큰 표면적을 갖는다. 제 1 접지 전극 (260) 은, 접지에 대하여 조정가능한 커플링을 허용하는 가변 커패시터 (262) 에 전기적으로 연결된다. 비제한적인 예시로서, 가변 커패시터 (262) 는 5 pF 내지 1000 pF 의 커패시턴스 범위를 갖는다. 제 2 접지 전극 (264) 은, 제 1 접지 전극 (260) 을 포위하는 접지 링이다. 제 2 접지 전극 (264) 은 또다른 가변 커패시터 (266) 에 동작가능하게 연결된다. 제 3 접지 전극 (268) 은 석영 포커스 링 (256) 의 바로 밑에 배치된다.Referring to FIG. 4, another
동작에 있어서, 처리 챔버 (250) 는 플라즈마 처리 챔버 (200) 보다 높은 이온 에너지 제어 정도를 허용한다. 2 개의 접지에 대하여 조정가능한 커플링 회로를 가짐으로써, 개선된 제어가 제공된다. 제 1 접지 전극 (260) 및 제 2 접지 전극 (264) 은 그 각각의 임피던스를 변경할 커패시티 (capacity) 를 갖는다. 그 결과, 오퍼레이터는 한정 플라즈마의 "상부" 를 보다 효과적으로 제어할 수 있다.In operation, the
도 5 를 참조하면, 접지에 대하여 조정가능한 커플링 회로를 갖는 또다른 처리 챔버 (300) 가 도시되어 있다. 처리 챔버 (300) 는, 한정 링, 포커스 링, 전력공급 전극 및 전원과 같이 도 4 의 처리 챔버 (250) 와 공통으로 다수의 부분을 공유한다. 처리 챔버들 사이의 차이는 접지 전극에 초점을 맞춘다. 처리 챔버 (300) 는, 가변 커패시터 (304) 에 동작가능하게 연결된 제 1 접지 전극 (302) 을 포함한다. 제 2 접지 전극 (306) 은, 제 1 접지 전극 (302) 을 포위하는 링이다. 제 3 접지 전극 (308) 은 전력공급 전극 (309) 에 근접하여 배치된다. 가변 커패시터 (310) 는 제 3 접지 전극에 전기적으로 연결된다.Referring to FIG. 5, another
동작에 있어서, 처리 챔버 (300) 에서의 접지 전극의 조합이, 오퍼레이터가 한정 플라즈마의 상부 및 한정 플라즈마의 측부 상의 이온 에너지를 제어하는 것을 허용할 것으로 예상된다. 또한, 제 2 접지 전극 (306) 이, 접지에 대하여 조정가능한 커플링 회로를 포함하여 그 각각의 임피던스를 제어하기에 적합할 수도 있다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 인식되어야 한다.In operation, a combination of ground electrodes in the
도 6 을 참조하면, 4 개의 접지 전극을 갖는 처리 챔버 (350) 가 도시되어 있다. 제 1 접지 전극 (352) 은 접지되고, 전력공급 전극 (353) 보다 작은 면적을 갖는다. 제 2 접지 전극 (354) 은, 제 1 접지 전극 (352) 을 포위하는 링이다. 제 2 접지 전극 (354) 은 가변 커패시터 (356) 에 전기적으로 연결되고, 가변 임피던스를 갖는다. 제 3 접지 전극 (358) 은, 제 2 접지 전극 (354) 을 포위하는 또다른 링이다. 제 3 접지 전극 (358) 은 가변 커패시터 (360) 에 동작가능하게 연결되고, 또한 가변 임피던스를 갖는다. 제 4 접지 전극 (362) 은 전력공급 전극 (353) 에 근접하여 위치되고, 가변 커패시터 (364) 에 동작가능하게 연결된다. 동작에 있어서, 이 처리 챔버 (350) 는, 오퍼레이터가 한정 플라즈마의 측부 상의 이온 에너지를 제어하는 것을 허용한다.Referring to FIG. 6, a
도 7 을 참조하면, 이중 주파수 전원 (402) 을 갖는 처리 챔버 (400) 가 도시되어 있다. 비제한적인 예시로서, 이중 주파수 전원은 27 MHz 및 2 MHz 에서 RF 전력을 발생시킨다. 전력공급 전극 (404) 은 이중 주파수 전원 (402) 에 동작가능하게 연결된다. 제 1 접지 전극 (406) 은 접지에 대하여 조정가능한 커플링 회로 (408) 에 전기적으로 연결된다. 접지에 대하여 조정가능한 커플링 회로 (408) 는 가변 커패시터 (410), 인덕터 (412), 및 저항기 (414) 를 포함한다. 제 1 접지 전극 (406) 에 대한 임피던스의 제어를 허용하는 것에 부가하여, 접지에 대하여 조정가능한 커플링 회로 (408) 는 고역 통과 필터 또는 저역 통과 필터의 역할을 하도록 구성된다. 제 2 접지 전극 (416) 은 제 1 접지 전극 (406) 을 포위한다. 제 2 접지 전극 (416) 은 접지에 대하여 조정가능한 커플링 회로를 포함하지 않는다. 제 3 접지 전극 (418) 은 전력공급 전극 (404) 에 근접한다. 제 3 접지 전극은 인덕터 (420) 에 전기적으로 연결된다.Referring to FIG. 7, a processing chamber 400 with a dual
동작에 있어서, 제 3 접지 전극의 임피던스는 커패시터 대신에 인덕터 (420) 를 사용함으로써 제어될 수 있다. 또한, 인덕터가, 툴 오퍼레이터에 의해 제어되는 각종 상이한 인덕턴스를 발생시키도록 구성된 가변 인덕터일 수도 있다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 인식되어야 한다.In operation, the impedance of the third ground electrode can be controlled by using
또한, 제 1 접지 전극 (406) 의 임피던스는, 접지에 대하여 조정가능한 커플링 회로의 가변 커패시터 (410), 인덕터 (412) 및 저항기 (414) 에 의해 제어될 수 있다. 부가적으로, 이중 주파수 전원 (402) 의 2 MHz RF 전력 또는 27 MHz RF 전력 중 어느 하나를 필터링하는데 접지에 대하여 조정가능한 커플링 회로 (408) 가 사용될 수 있다.In addition, the impedance of the
도 8 을 참조하면, 전술한 각종 시스템을 사용함으로써 처리 챔버에서 플라즈마를 제어하는 방법 (450) 의 흐름도가 도시되어 있다. 이 플라즈마 제어 방법은 처리 단계 452 에서 개시되는데, 여기서 플라즈마 처리 챔버에 대한 동작 파라미터가 확립된다. 동작 파라미터는 수행되는 작업의 타입에 대해 특정된다. 비제한적인 예시로서, 에칭 프로세스에 있어서, 가스의 타입이 선택되고, 가스 각각에 대한 가스 유량이 결정된다. 그런 다음, 특정 작업에 대한 동작 압력이 툴에 입력된다. 부가적으로, 인가되는 RF 전력의 양도 제공된다. 또한, 예시적인 에칭 동작을 수행하는데 필요한 시간도 제공된다. 대안적으로, 전술한 시스템은 또한 플라즈마 지원 CVD (plasma-assisted chemical vapor deposition) 를 이용하여 작동하기에 적합할 수 있다. 그런 다음, 이 플라즈마 제어 방법은, 처리 단계 454 로 진행하는데, 여기서 처리 블록 452 에서 식별된 예시적인 제어 파라미터는 정상 상태에 도달하고, 원하는 설정점에 도달한다.Referring to FIG. 8, a flowchart of a
그런 다음, 이 플라즈마 제어 방법은 처리 블록 456 으로 진행하는데, 여기서 RF 전력이 전력공급 전극으로 전달된다. 예시를 위하여, 전술한 시스템은 단일 전력공급 전극을 언급하지만, 본 특허에 기재된 시스템 및 방법이 복수의 전력공급 전극을 갖는 처리 챔버에 적용될 수 있다는 것이 본 개시물의 이점을 갖는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 인식되어야 한다.This plasma control method then proceeds to processing block 456 where RF power is delivered to a powered electrode. For purposes of illustration, the above-mentioned system refers to a single powered electrode, but the present invention has the advantage of the present disclosure that the systems and methods described in this patent can be applied to a processing chamber having a plurality of powered electrodes. Should be recognized by one of ordinary skill in the art.
그런 다음, 예시적인 방법의 처리 블록 458 에서, 한정 플라즈마가 발생된다. 일단 플라즈마가 발생되면, 이온 에너지 및 플라즈마 밀도가 변경되어야 하는지에 관한 판정이 이루어진다. 이 판정은 판정 다이아몬드 460 에서 이루어진다. 한정 플라즈마의 이온 에너지를 변경해야 한다고 판정되는 경우에는, 이 플라즈마 제어 방법은 처리 블록 462 로 진행하는데, 여기서 접지에 대하여 조정가능한 커플링 회로가 변경된다. 플라즈마 밀도가 변경되어야 하는 경우, 이 플라즈마 제어 방법은 처리 블록 463 으로 진행하고, 여기서 플라즈마 밀도를 제어하도록 전력이 변경된다. 접지에 대하여 조정가능한 커플링 회로는, 접지 전극의 임피던스를 변경함으로써 이온 에너지를 제어한다. 전원에 의해 플라즈마 밀도가 제어된다.Then, at
판정 다이아몬드 460 에서 플라즈마의 특성이 수락가능하다고 판정되는 경우에는, 이 플라즈마 제어 방법은 처리 블록 464 로 진행하는데, 여기서 기판 또는 웨이퍼가 처리된다. 예시적인 한정 플라즈마가 원하는 이온 에너지 및 플라즈마 밀도를 갖도록 접지에 대하여 조정가능한 커플링 회로가 구성될 수도 있다는 것이 본 개시물의 이점을 갖는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 인식되어야 한다.If it is determined at
전술한 설명이 다수의 상이한 실시형태를 포함하지만, 이들은 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니라, 단지 본 발명의 현재의 바람직한 실시형태의 일부의 예시를 제공하는 것으로 해석되어야 한다. 따라서, 주어진 예시적인 실시예보다는 첨부된 특허청구범위 및 그 법적 등가물에 의해 본 발명의 범위가 결정되어야 한다.Although the foregoing description includes many different embodiments, these should not be construed as limiting the scope of the invention, but as merely providing illustrations of some of the presently preferred embodiments of the invention. Accordingly, the scope of the invention should be determined by the appended claims and their legal equivalents rather than by the given exemplary embodiments.
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